第2章 第1节 固体类型及微观结构学年新教材鲁科版高中物理选择性必修.docx

第2章 第1节 固体类型及微观结构学年新教材鲁科版高中物理选择性必修.docx

《第2章 第1节 固体类型及微观结构学年新教材鲁科版高中物理选择性必修.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 第1节 固体类型及微观结构学年新教材鲁科版高中物理选择性必修.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第2章第1节固体类型及微观结构学年新教材鲁科版高中物理选择性必修

第1节　固体类型及微观结构

学习目标：

1.[物理观念]了解固体及其分类，了解晶体和非晶体的宏观特性．　2.[物理观念]能够区别晶体与非晶体的性质．　3.[科学态度与责任]了解晶体和非晶体在生活和生产中的不同用途．　4.[科学态度与责任]了解对晶体结构的认识过程，知道晶体微观结构的特点．　5.[物理思维]会用固体的微观结构解释其宏观性质．

一、晶体和非晶体

1．固体的特点

（1）固体看得见、摸得着，容易察觉它的存在．

（2）固体有固定的外形，可根据需要进行加工处理．

2．固体的分类：

固体通常可分为晶体和非晶体两大类．

3．晶体可分为单晶体和多晶体两类．

4．单晶体

（1）定义：

具有规则的几何形状，外形都是由若干个平面围成的多面体．

（2）结构特点：

同种物质的单晶体都具有相同的基本形状，表面个数、各相应平面间的夹角恒定不变．

（3）宏观特性：

①具有规则的几何形状．②具有各向异性．③有固定的熔点．

5．多晶体

（1）定义：

没有规则的几何形状，由小晶粒杂乱无章地排列在一起构成的晶体．

（2）宏观特性：

①没有规则的几何形状．②具有各向同性．③有固定的熔点．

二、固体的微观结构

1．晶体的结构及结合类型

（1）组成晶体的物质微粒有规则地在空间排成阵列，呈现周而复始的有序结构，说明晶体的微观结构具有周期性．

（2）晶体内部各微粒之间存在着很强的相互作用力，微粒被约束在一定的平衡位置上．

（3）热运动时，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动．

（4）晶体的结合类型比较

类型　

构成微粒

结合键

举例

离子晶体

正、负离子

离子键

NaCl、AgBr

原子晶体

原子

共价键

SiO2、金刚石

金属晶体

物质微粒

金属键

铜、银、铝

2．固体特征的微观解释

（1）方法：

在固体界面沿不同方向画出等长直线．

（2）微观解释

①单晶体在不同直线上微粒的个数不相等，说明沿不同方向微粒的排列及物质结构情况不同，在物理性质上表现为各向异性．

②非晶体在不同直线上微粒的个数大致相等，说明沿不同方向微粒排列及物质结构情况基本相同，在物理性质上表现为各向同性．

（3）同一种物质在不同条件下形成不同的晶体，由于微观结构不同，物理性质有很大差异．

1．思考判断（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）常见的金属材料都是单晶体．（×）

（2）晶体具有各向异性的特性．（×）

（3）凡是具有天然规则的几何形状的物体必定是单晶体．（√）

（4）单晶体的分子（原子、离子）排列是有规则的．（√）

（5）非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同．（√）

（6）同一种物质只能生成一种晶体．（×）

2．（多选）下列哪些现象能说明晶体与非晶体的区别（　　）

A．食盐是正方体，而蜂蜡无规则形状

B．石墨可导电，沥青不能导电

C．冰熔化时，温度保持不变，松香受热熔化时温度持续升高

D．金刚石密度大，石墨密度小

AC　[晶体有天然规则的几何外形，具有一定的熔点，而非晶体则没有，故A、C正确．]

3．下列说法正确的是（　　）

A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体

B．同一种物质只能形成一种晶体

C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的

D．玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状

D　[常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对．]

晶体和非晶体的比较

如图甲所示是日常生活中常见的几种晶体，图乙是生活中常见的几种非晶体，请在图片基础上思考以下问题：

明矾　祖母绿原石　水晶　　食盐　　铜矿石

甲

蜂蜡　　松香　　塑料　橡胶　　沥青　　玻璃

乙

（1）晶体与非晶体在外观上有什么不同？

（2）没有规则几何外形的固体一定是非晶体吗？

提示：

（1）单晶体有规则的几何外形，多晶体和非晶体无规则的几何外形．

（2）不是．由于多晶体是许多单晶体杂乱无章地组合而成的，所以多晶体也没有规则的几何外形．

1．单晶体、多晶体、非晶体的比较

2．单晶体具有各向异性，并不是说每一种单晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性

（1）云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不同方向传热的快慢不同．

（2）方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同方向电阻率不同．

（3）立方形的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿不同方向的弹性不同．

（4）方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同方向的折射率不同．

【例1】　在甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其上一点，蜡熔化的范围如下图所示；另外甲、乙、丙三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图所示，则（　　）

甲　　　　　　乙　　　　　　丙

A．甲、乙是非晶体，丙是晶体

B．甲、丙是非晶体，乙是晶体

C．甲、丙是多晶体，乙是晶体

D．甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体

思路点拨：

由蜡熔化图判断导热性能，由温度—时间图线形状分析是晶体还是非晶体．

D　[由题图甲、乙、丙知，甲、乙具有各向同性，丙具有各向异性；由温度—时间图线知，甲、丙有固定的熔点，乙没有固定的熔点，所以甲是多晶体，乙是非晶体，丙是单晶体．]

区分晶体和非晶体、单晶体和多晶体的方法

（1）区分晶体和非晶体的方法是看其有无确定的熔点，晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点，仅从各向同性或几何形状不能判断某一固体是晶体还是非晶体．

（2）区分单晶体和多晶体的方法是看其是否具有各向异性，单晶体表现出各向异性，而多晶体表现出各向同性．

[跟进训练]

1．（多选）下列说法正确的是（　　）

A．一块固体，若沿各个方向上的导电性能相同，则该固体为非晶体

B．一块固体，若是各个方向导热性能不同，则这个固体一定是单晶体

C．一块固体，若有确定的熔点，则该固体必定为晶体

D．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体

BC　[只有晶体才有固定熔点，只有单晶体才具有各向异性，B、C对；多晶体和非晶体都具有各向同性，A错；黄金是晶体，切割后分子结构不变，仍然是晶体，D错．]

晶体的微观结构及物理性质

家庭、学校或机关的门锁常用“碰锁”，然而，这种锁使用一段时间后，锁舌就会变涩而不易被碰入，造成关门困难．这时，你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下，碰锁便开关自如如初，并且可以持续几个月之久．请你动手试一试，并解释其中的道理．

提示：

石墨是金刚石的同素异形体，两者的不同结构，造成了物理性质上的很大差异，金刚石质地坚硬，而石墨由于具有层状结构，层与层之间结合不很紧密，故层与层之间易脱落，能起到润滑作用．用铅笔在纸上写字也是这个道理．

1．微观结构理论的内容

（1）组成晶体的微粒（分子、原子或离子）是依照一定的规律在空间中整齐地排列的．

实验证实：

人们用X射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后，证实了这种假说是正确的．

（2）微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．

2．晶体的微观结构特点

（1）组成晶体的微粒（分子、原子或离子），依照一定的规律在空间中整齐地排列的．

（2）晶体中微粒的相互作用很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而远离．

（3）微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动．

晶体的微观结构决定其宏观物理性质，改变物质的微观结构从而改变物质的属性，如碳原子可以组成性质差别很大的石墨和金刚石，有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化．

3．用微观结构理论解释晶体的特性

（1）对单晶体各向异性的解释

如图所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同．

（2）对晶体具有一定熔点的解释

给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．

（3）对多晶体特征的微观解释

晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．

（4）对非晶体特征的微观解释

在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．

（5）同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．

【例2】　（多选）下列说法正确的是（　　）

A．在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性

B．大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体

C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

AC　[单晶体具有各向异性，多晶体和非晶体具有各向同性，都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性，A正确；晶体由更小的晶胞组成，大颗粒的盐磨成细盐，还是晶体，B错误；由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体，例如，石墨和金刚石，选项C正确；在熔化过程中，晶体要吸收热量，虽然温度保持不变，但是内能增加了，选项D错误．]

（1）各种晶体的微粒都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性．

（2）物体的宏观性是由微粒结构决定的，单晶体与非晶体的物理性质不同，是因为微观结构不同，单晶体各向异性也是由粒子排列的特点决定的．

[跟进训练]

2．（多选）2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法正确的是（　　）

石墨的微观结构　石墨烯的微观结构

A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体

B．石墨是单质，石墨烯是化合物

C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体

D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的

CD　[晶体、非晶体都是对固体而言的，晶体有固定熔点，规则结构，非晶体没有，石墨、石墨烯与金刚石都是晶体，石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的素的单质，它们互为同素异形体，他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的，故A、B错误，C、D正确．]

1．（多选）某种物体表现出各向同性的物理性质，则可以判断这种物质（　　）

A．不一定是多晶体B．不一定是单晶体

C．一定不是单晶体D．一定是非晶体

AC　[因为非晶体和多晶体都表现出各向同性，故A正确，D错误；单晶体一定表现出各向异性，故B错误，C正确．]

2．（多选）下列有关晶体的结构叙述正确的是（　　）

A．在晶体内部，组成晶体的物质微粒是无规则排列的

B．晶体的微观结构具有周期性

C．在晶体内部，组成晶体的物质微粒可以自由运动

D．组成晶体的微粒只能做微小的振动

BD　[在晶体的内部，组成晶体的物质微粒是有规则排列的，A错误；晶体的微观结构具有周期性，且微粒间存在着很强的作用力，B正确；在晶体内部，组成晶体的物质微粒只能在各自的平衡位置附近做微小振动，而不能自由运动，C错误，D正确．]

3．（多选）有关晶体的排列结构，下列说法正确的有（　　）

A．同种元素原子按不同结构排列有相同的物理性质

B．同种元素原子按不同结构排列有不同的物理性质

C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律

D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律

BD　[同种元素原子在不同情况下可能按不同的方式排列，并导致物理性质有明显的差异，故A、C错误，B、D正确．]

4．（多选）如图a、b是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线，你认为下列说法正确的是（　　）

A．a是一种晶体的熔化曲线

B．a是一种非晶体的熔化曲线

C．b是一种非晶体的熔化曲线

D．a中有一段吸热但温度不变的过程

ACD　[晶体在熔化过程中，不断吸热，但温度（熔点对应的温度）却保持不变，而非晶体没有确定的熔点，不断加热，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体，故A、C、D正确．]

5．（多选）一块厚度和密度都均匀分布的长方体被测样品，长AB是宽AD的两倍，如图所示．如果用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量，结果阻值均为R，则这块样品不可能是（　　）

A．单晶体B．多晶体

C．非晶体D．金属

BCD　[用多用电表的欧姆挡沿两个对称轴O1O1′和O2O2′方向测量结果均相同，说明该物体沿O1O1′和O2O2′方向电阻率（即导电性能）不同，即表现出各向异性的物理性质，所以可能是单晶体．如果是普通金属，可以分析出沿O1O1′方向电阻比较大．故不可能的是B、C、D三种物品．]